GRADIENTES EDÁFICOS E SUA RELAÇÃO COM AS FITOFISIONOMIAS DO SEMI-ÁRIDO MERIDIONAL BRASILEIRO

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1 DANIEL MEIRA ARRUDA GRADIENTES EDÁFICOS E SUA RELAÇÃO COM AS FITOFISIONOMIAS DO SEMI-ÁRIDO MERIDIONAL BRASILEIRO Dissertação apresentada à Universidade Federal de Viçosa, como parte das exigências do Programa de Pós- Graduação em Botânica, para obtenção do título de Magister Scientiae. VIÇOSA MINAS GERAIS BRASIL 2012

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4 SUMÁRIO RESUMO... iii ABSTRACT... v INTRODUÇÃO GERAL... 1 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS... 3 CAPÍTULO 1 O setor meridional do semi-árido brasileiro: gradientes edáficos e fitofisionômicos RESUMO Introdução Métodos Local de estudo Amostragem Análises Resultados Discussão Conclusão Referências Bibliográficas CAPÍTULO 2 Comunidades vegetais e suas relações com os solos do setor meridional do semiárido brasileiro RESUMO Introdução Métodos Resultados As comunidades vegetais Similaridade Caracterização edáfica e distribuição de espécies Discussão As comunidades vegetais Similaridade Características edáficas e distribuição de espécies Conclusão Referências Bibliográficas Anexo 1. Parâmetros fitossociológicos das 14 comunidades vegetais na porção meridional do semi-árido brasileiro. (NI número de indivíduos; DR densidade relativa; FR frequência relativa; DoR dominância relativa; VI valor de importância) CONCLUSÃO GERAL ii

5 RESUMO ARRUDA, Daniel Meira, M.Sc., Universidade Federal de Viçosa, fevereiro de Gradientes edáficos e sua relação com as fitofisionomias do semi-árido meridional brasileiro. Orientador: Carlos Ernesto G. Reynaud Schaefer. Coorientadores: Walnir Gomes Ferreira Júnior e Ary Teixeira de Oliveira-Filho. O semi-árido no Brasil representa uma importante extensão territorial, onde o clima é marcadamente sazonal, com baixas precipitações, elevadas taxas de evapotranspiração e maiores temperaturas. Sua porção sul compreende o limite norte entre os Estados de Minas Gerais e Bahia. Essa região é dominada pela fitofisionomia de floresta decidual, no entanto, diversas fisionomias de cerrado também estão presentes. As diferentes porções da paisagem e sua variação edáfica são responsáveis pelo estabelecimento de diferentes fisionomias. No entanto, estudos que abordam tais relações e que buscam a compreensão dos gradientes pedovegetacionais são escassos nas paisagens do semi-árido brasileiro. Dessa forma, objetivou-se caracterizar os solos e as comunidades vegetais de diferentes segmentos da paisagem (topo, encosta e baixada) e testar as seguintes hipóteses: (1) solos de um mesmo segmento da paisagem, submetidos a mesma condição climática e fitofisionômica, se assemelham mesmo em localidades distintas; (2) as comunidades vegetais sobre um mesmo segmento se assemelham floristicamente e (3) as espécies mais abundantes apresentam preferência a determinados segmentos da paisagem. Para isso, foram amostrados os solos e as comunidades vegetais em 14 ambientes sobre diferentes segmentos em Januária (MG), Porteirinha (MG), Guanambi (BA) e Ibiassucê (BA). As variáveis dos solos analisados foram submetidas à análise de componentes principais, com o objetivo de verificar a existência de gradiente (Capítulo 1). As espécies amostradas nos diferentes segmentos foram submetidas à análise de similaridade; e as mais abundantes foram correlacionadas com as variáveis de solos por meio de análise de correspondência canônica para observar suas tendências ao longo do gradiente (Capítulo 2). Um gradiente de fertilidade dos solos pôde ser observado, no qual os mesmos segmentos se agrupam em função de suas características edáficas, confirmando a hipótese da similaridade edáfica. Em um extremo do gradiente, os topos apresentaram-se mais distróficos, com elevados teores de alumínio e baixa saturação por bases. Nessa porção, concentraram-se as fisionomias de cerrado. O outro extremo do gradiente apresentou-se eutrófico, com os maiores valores de saturação por bases. Nessa porção, concentraram-se as iii

6 fisionomias de floresta decídua associadas às diferentes encostas. O centro do gradiente apresentou valores medianos das variáveis edáficas, sendo considerado a porção mesotrófica. Nessa porção, concentraram-se os segmentos de baixada associados à floresta decídua. As encostas do interior do Espinhaço se diferenciaram pedologicamente das demais paisagens da bacia do médio São Francisco, devido às influências orográficas e quartzíticas. A análise de similaridade florística não agrupou as comunidades de segmentos semelhantes e sim as de maior proximidade geográfica, rejeitando a hipótese da similaridade floristica. As comunidades da baixada e encosta leste de Ibiassucê, formação arbustiva-arbórea previamente caracterizadas como caatinga hipoxerófila, apresentaram semelhança florística com as demais florestas decíduas da bacia do médio São Francisco, e por isso consideradas um estado de sucessão das florestas decíduas. No entanto, a floresta decídua da encosta oeste mostrou grande dissimilaridade das demais comunidades. As espécies de maior abundância de cada comunidade mostraram preferência de segmentos no gradiente após associadas às variáveis edáficas, confirmando a hipótese da preferência das espécies. Em geral, as comunidades das encostas mostraram-se mais densas, com menor área basal e maior dominância de uma espécie, com destaque para Myracrodruon urundeuva e Handroanthus ochraceus. Tais características das encostas foram associadas aos constantes distúrbios, predominantemente naturais, aos quais estes ambientes estão submetidos. iv

7 ABSTRACT ARRUDA, Daniel Meira, M.Sc., Universidade Federal de Viçosa, February, Edaphic gradients and their relationship with the vegetation types of semi-arid southern Brazil. Advisor: Carlos Ernesto G. Reynaud Schaefer. Co-advisors: Walnir Gomes Ferreira Júnior and Ary Teixeira de Oliveira-Filho. The semi-arid region in Brazil represents a significant territorial extension, where the climate is markedly seasonal, with low rainfall, high evapotranspiration and higher temperatures. Its southern portion comprises the northern boundary between the states of Minas Gerais and Bahia. This region is dominated by dry forest vegetation type, however, different cerrado s vegetation type are also present. The different portions of the landscape and its edaphic variation are responsible for the establishment of different vegetation type. However, studies approach these relationships and seeking to understand the edaphic-vegetational gradients are scarce in the landscapes semi-arid. Thus, the objective was to characterize the soils and plant communities of different landscape segments (top, slope and low) and test the following hypotheses: (1) soils of the same segment of the landscape, subject to the same climatic conditions and vegetation types, are similar even in different locations, (2) the plant communities on the same segment are similar floristically and (3) the most abundant species show preference to certain segments of the landscape. For this, we sampled soils and plant communities in 14 different environments on segments Januária (MG), Porteinha (MG), Guanambi (BA) and Ibiassucê (BA). The variables of the analyzed soils were subjected to Principal Components Analysis, in order to verify the existence of gradient (Chapter 1). The species sampled in different segments were subjected to similarity analysis, and the most abundant were correlated with the variables of soils through of canonical correspondence analysis to observe trends along the gradient (Chapter 2). A gradient of soil fertility could be observed, in which the same segments grouped according to their soil characteristics, confirming the hypothesis of edaphic similarity. At one extreme of the gradient, the tops were more dystrophic with high aluminum levels and low base saturation. In this portion, was concentrated cerrado s vegetation type. The other end of the gradient presented eutrophic, with higher values of saturation. In this portion, was concentrated vegetation types of dry forest associated with different slopes. The center of the gradient showed median values of soil characteristics, the portion being considered mesotrophic. In this portion, concentrated segments of the lowland v

8 associated with dry forest. The slopes of the interior of Espinhaço differed edaphically from the other landscapes of the middle São Francisco basin, due to orographic influences and quartzite. The floristic similarity analysis did not group the communities of similar segments, but the greater geographical proximity, rejecting the hypothesis of floristic similarity. The communities of the low and eastern slope of Ibiassucê, formation shrubs-trees previously characterized as savanna hypoxerophytic showed floristic similarities with other dry forests of the San Francisco river basin, and therefore considered a state of succession of dry forests. However, the dry forest of the western slope showed great dissimilarity of the other communities. The most abundant species of each community showed preference segments of the gradient after associated with soil characteristics, confirming the hypothesis of the preference of the species. In general, the communities of the slopes were denser, with lower basal area and greater dominance of one species, especially Myracrodruon urundeuva and Handroanthus ochraceus. These characteristics of the slopes were associated with constant disturbances, naturally predominant, which these environments are submitted. vi

9 INTRODUÇÃO GERAL O semi-árido brasileiro abrange 8 a 12% do território nacional (Ab Saber 1972), cuja porção meridional compreende o contato norte entre os Estados de Minas Gerais e Bahia. De acordo com o sistema de Holdridge (1967) para classificação das zonas de vida, essa região se insere no contexto very dry forest, que compreende a porção tropical de maior evapotranspiração, com temperaturas médias superiores a 24 C e precipitação anual entre 500 e mm. De fato, essa região está submetida à intensa sazonalidade climática, com variação entre 5 a 7 meses consecutivos de precipitação inferior a 60 mm/mês, temperaturas médias no trimestre mais seco entre 23 e 25 C e médias pluviométricas anuais entre 700 e mm (Antunes 1994, INMET 2011). Tais condições proporcionam um caráter de clima semi-árido moderado, quando comparado com o interior do Nordeste brasileiro. Grande parte da região é composta pela geomorfologia da Depressão do rio São Francisco (Formação Paraopebas), ladeada pelo Planalto do Divisor São Francisco-Tocantins (Formação Urucuia) a oeste e pelo Planalto do Espinhaço a leste (Radambrasil 1982). As paisagens são diversificadas, com predominância de relevos planos a suave ondulados na depressão, interrompidos por carstes calcários ou inselbergs de resistência. A transição entre o clima semi-árido ao norte e o tropical chuvoso ao sul, associada às diferentes geologias, proporciona o estabelecimento de diversos tipos de vegetação na região. O IBGE (2004) indica a região como um contato entre três biomas; a Caatinga ao norte, o Cerrado ao sul e oeste, e a Floresta Atlântica a leste. Em razão das particularidades abióticas, a vegetação, predominantemente arbórea e decidual, possui padrões florísticos ditados pelas diferentes classes de solos às quais estão submetidas (Arruda et al. no prelo). Segundo Murphy e Lugo (1986), o clima preferencial para essas florestas decíduas compreende regiões transicionais entre semidesertos ou savanas e florestas úmidas. Essas florestas ocorrem em ambientes sazonais, onde o déficit hídrico promove a deciduidade da maior parte dos indivíduos da comunidade (Veloso 1991). De acordo com Oliveira-Filho et al. (2006), as florestas decíduas correspondem à parte final de um gradiente fisionômico da Floresta Atlântica, regido pela disponibilidade hídrica. Em menor proporção, estão presentes na região outras fisionomias, tais como floresta semidecídua - associada aos cursos d água -, formações de cerrado sensu lato 1

10 - sobre aos planaltos -, caatinga rupestre - sobre afloramentos calcários -, entre outras fisionomias (Brandão 1994). Segundo Andrade-Lima (1981), a associação dos solos distróficos com o clima semi-árido faz com que os cerrados da região sejam também decíduos. O gradiente entre os solos distróficos e eutróficos determina a ocorrência das diversas fisionomias. Os cerrados se desenvolvem sobre os solos pobres em nutrientes, ácidos e com elevada saturação por alumínio localizados na porção superior da paisagem e as florestas decíduas sobre solos mais férteis, geralmente com saturação de bases superior a 40 %, localizados na porção inferior da paisagem (Ratter et al. 1973; 1978; Furley e Ratter 1988). Os fatores edáficos também são importantes na formação de grupos dentro da mesma fisionomia, em que a intensidade de suas variáveis seleciona espécies em função de suas preferências ambientais (Santos et al. 2012; Arruda et al. no prelo). Diversos estudos no Brasil têm demonstrado por meio de sistemas catenares a separação de ambientes dentro de uma comunidade vegetal em função dos fatores edáficos e topográficos, tais como Botrel et al. (2002) e Ferreira-Jr et al. (2007) em florestas semidecíduas, Budke et al. (2006) em floresta ribeirinha e Oliveira-Filho et al. (1998) em floresta decídua. No entanto, estudos que abordam topossequências em grande escala, os quais abrangem diversas geologias e relacionam sua influência sobre as comunidades, são escassos (e.g. Coughenour e Ellis 1993). Existem grandes lacunas quanto à descrição das fisionomias e solos das paisagens semi-áridas brasileiras. Além disso, a interação solo-vegetação com os diferentes segmentos da paisagem (topo, encosta e baixada) em que se encontram são pouco exploradas. Dessa forma, este estudo objetiva testar três hipóteses: (1) solos de segmentos semelhantes da paisagem, submetidos a mesma condição climática e fitofisionômica, se assemelham mesmo em localidades distintas; (2) as comunidades sobre um mesmo segmento se assemelham floristicamente e (3) as espécies mais abundantes apresentam preferência a determinados segmentos da paisagem. Para tanto, serão caracterizados os solos e as comunidades vegetais dos diferentes segmentos das paisagens que compõe a porção meridional do semi-árido brasileiro. 2

11 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS AB SÁBER, A.N O relevo brasileiro e seus problemas. In: AZEVEDO, A. (ed.), Brasil, a terra e o homem, segunda ed. Companhia Editora Nacional, São Paulo, pp ANDRADE-LIMA, D The caatinga dominium. Revista Brasileira de Botânica 4, ANTUNES, F.Z Caracterização climática. Informe Agropecuário 17, ARRUDA, D.M.; FERREIRA-JÚNIOR, W.G.; DUQUE-BRASIL, R.; SCHAEFER, C.E.R. No prelo. Phytogeographical patterns of dry forests sensu stricto in northern Minas Gerais State, Brazil. Aceito nos Anais da Academia Brasileira de Ciências, no prelo. BOTREL, R.T.; OLIVEIRA-FILHO,A.T.; RODRIGUES,L.A.; CURI, N Influência do solo e topografia sobre as variações da composição florística e estrutura da comunidade arbóreo-arbustiva de uma Floresta Estacional Semidecidual em Ingá, MG. Revista Brasileira de Botanica 25, BRANDÃO, M Área Mineira do Polígono das Secas, cobertura vegetal. Informe Agropecuário 17, 5-9. BUDKE, J.C.; OLIVEIRA FILHO, A.T.; JARENKOW, J.A Relationships between tree component structure, topography and soils of a riverside forest, Rio Botucaraí, Southern Brazil. Plant ecology 89, COUGHENOUR, M.B.; ELLIS, J.E Landscape and climatic control of woody vegetation in a dry tropical ecosystem: Turkana District, Kenya. Journal of Biogeography 20, FERREIRA-JR, W. G.; SILVA, A.F.; SCHAEFER, C.E.G.R.; MEIRA-NETO, J.A.A.; DIAS, A.S.; IGNÁCIO, M.; MEDEIROS, M.C.M.P Influence of soils and topographic gradients on tree species distribution in a brazilian atlantic tropical semideciduous forest. Edinburgh Journal of Botany 64, FURLEY, P.A.; RATTER, J.A Soil resources and plant communities of central Brazilian cerrado and their development. Journal of Biogeography 15, HOLDRIDGE, L.R Life Zone Ecolony. Tropical Science Center, San Jose, Costa Rica. 206p. 3

12 IBGE. INSTITUTO BRASILEIRO DE GEOGRAFIA E ESTATÍSTICA Mapa de Vegetação do Brasil. Escala 1: terceira Ed., Brasília, DF. INMET INSTITUTO NACIONAL DE METEREOLOGIA Disponível em: (acessado em ). MURPHY, P.G.; LUGO, A.E Ecology of tropical dry forest. Annual Review of Ecology and Systematics 17, OLIVEIRA-FILHO, A.T.; CURI N.; VILELA, E.A.; CARVALHO, D.A Effects of canopy gaps, topography, and soils on the distribution of woody species in a Central Brazilian deciduous dry forest. Biotropica 30, OLIVEIRA-FILHO, A.T.; JARENKOW, J.A.; RODAL, M.J.N Floristic relationships of seasonally dry forests of eastern South America based on tree species distribution patterns. In: PENNINGTON, R. T.; LEWIS, G. P.; RATTER, J. A. (eds), Neotropical Savannas and Dry Forests: Plant Diversity, Biogeography, and Conservation. Taylor & Francis CRC Press, Oxford, pp RADAMBRASIL Folha SD 23 Brasília; geologia, geomorfologia, pedologia, vegetação e uso potencial da terra. Rio de Janeiro. 660p. RATTER, J.A.; RICHARDS, P.W.; ARGENT, G.; GIFFORD, D.R Observations on the vegetation of northeastern Mato Grosso, I. The woody vegetation types of the Xavantina-Cachimbo Expedition area. Philosophical Transactions of the Royal Society of London 226, SANTOS, R. M.; OLIVEIRA-FILHO, A.T.; EISENLOHR, P. V.; QUEIROZ, L. P.; CARDOSO, D. B. O. S.; RODAL, M. J. N Identity and relationships of the Arboreal Caatinga among other floristic units of seasonally dry tropical forests (SDTFs) of north-eastern and Central Brazil. Ecology and Evolution v. 2, p /ece3.91. VELOSO, H.P.; RANGEL-FILHO A.L.R.; LIMA, J.C Classificação da vegetação brasileira, adaptada a um sistema universal. IBGE, Rio de Janeiro, 123p. 4

13 CAPÍTULO 1 O setor meridional do semi-árido brasileiro: gradientes edáficos e fitofisionômicos RESUMO O semi-árido meridional brasileiro possui grande parte de seu território inserido na bacia do médio rio São Francisco, submetido a um clima sazonal. Há predominância de florestas decíduas em meio a outras fitofisionomias, as quais se estabelecem em função das características edáficas. No entanto, estudos que abordam os solos das comunidades vegetais nas paisagens semi-áridas são escassos. Por isso, objetivou-se caracterizar os solos sobre diferentes segmentos da paisagem (topo, encosta e baixada) e testar a seguinte hipótese: solos de um mesmo segmento da paisagem, submetidos a mesma condição climática e fitofisionômica, se assemelham mesmo em localidades distintas. Para isso, foram amostrados os solos sobre diferentes segmentos em Januária (MG), Porteirinha (MG), Guanambi (BA) e Ibiassucê (BA). Perfis para caracterização dos solos foram abertos e amostras de seus horizontes foram submetidas à análise laboratorial. As variáveis obtidas foram correlacionadas através de análise de componentes principais, a qual possibilitou a formação de um gradiente em função da saturação por bases. Nesse gradiente, os mesmos segmentos se agrupam em função de suas características edáficas, confirmando a primeira hipótese. Em um extremo, localizaram-se os segmentos de topo associados à fisionomia de cerrado. Estes apresentaram correlação negativa com saturação de bases, ph, troca catiônica e fósforo e correlação positiva com saturação por alumínio, sendo considerados distróficos. O outro extremo do gradiente compreendeu os segmentos de encosta associados a florestas decíduas. Estes ambientes mostraram correlação positiva com saturação por bases e correlação negativa com saturação por alumínio, sendo considerados eutróficos. A porção média do gradiente compreendeu os segmentos de baixadas e as encostas de Ibiassucê. Devido às variáveis edáficas apresentarem valores medianos, essa porção do gradiente foi considerada mesotrófica. As encostas de Ibiassucê, localizadas na depressão do Espinhaço, se diferenciam das demais devido às influências orográficas e quartzíticas. 5

14 1.1. Introdução O semi-árido brasileiro compreende 8 a 12% do território nacional (Ab Sáber 1972). Esse tipo climático (BSw, de acordo com a classificação de Köppen) é influenciado pela massa de ar Tépica Kalaariana, atuante no sul do continente africano e que se estende pelo Atlântico até atingir o Nordeste brasileiro, já com menor intensidade (Andrade 1972). Sua zona de influência compreende o extremo Nordeste do país até o Norte do Estado de Minas Gerais, na latitude 17, e proporciona uma distribuição irregular da precipitação inter- e intra-anual, com prolongada estação seca e elevada evapotranspiração (Andrade 1972). O contato norte entre os Estados de Minas Gerais e Bahia compreende a porção meridional do clima semi-árido brasileiro. Essa região, está submetida à intensa sazonalidade climática, com variação entre 5 a 7 meses consecutivos de precipitação inferior a 60 mm/mês, temperaturas médias no trimestre mais seco entre 23 e 25 C e médias pluviométricas anuais entre 700 e mm (Antunes 1994, INMET 2011). Tais condições proporcionam um caráter de clima semi-árido moderado, quando comparado com o interior do Nordeste brasileiro. A região compreende dois planaltos de estruturas sedimentares, o Supergrupo Espinhaço, mais antigo Proterozóico na porção leste, e a Formação Urucuia Cretáceo, a oeste. Na depressão, encaixado entre essas duas faixas elevadas, encontram-se o Supergrupo São Francisco (Formação Paraopebas calcários e ardósias) e o Complexo Guanambi (rochas cristalinas granítico-gnáissicas), responsáveis pela formação das depressões pediplanares que se estendem no sentido norte-sul, associada à bacia do médio São Francisco. Em meio aos planaltos do Supergrupo Espinhaço, destaca-se também a depressão do Complexo Caraíba- Paramirim, dissecada entre coberturas detríticas aluvionar dos Planaltos do Espinhaço, e as serras do Complexo Brumado e os Granitóides São Timóteo (Radambrasil 1982). No domínio das depressões pediplanares, localmente denominada Depressão Sertaneja Meridional (Velloso et al. 2002) ou depressão interplanáltica ou periférica do médio São Francisco (Ab Sáber 1998, 2003), destacam-se as unidades 6

15 geomorfológicas do Vão do São Francisco em Minas Gerais, e o Pediplano Sertanejo na Bahia (Radambrasil 1982). Suas paisagens são diversificadas, com predominância de relevos planos a suave ondulados interrompidos por carstes calcários na primeira unidade e inselbergs de resistência na segunda. Também estão presentes nas depressões grandes planícies de acumulação aluvial, associadas aos rios São Francisco e Rio Verde Grande. Essas unidades geomorfológicas estão relacionadas aos diferentes processos geológicos e de mudanças ambientais globais. Durante a passagem do clima semiárido para o úmido, predominaram os processos de erosão linear, responsável pela suavização do terreno, incrementando a formação do solo e lixiviação. Já na transição do clima úmido para o semi-árido, chuvas torrenciais proporcionam um processo de degradação lateral e aplainamento (pediplanação), responsável por remover o solo formado durante o clima úmido. Dessa forma, os processos mecânicos são favorecidos, remodelando as encostas e expondo as rochas na superfície (Bigarella et al. 1994). A transição entre o clima semi-árido ao norte e o tropical chuvoso ao sul (Aw), associada às diferentes geologias, proporciona o estabelecimento de diversos tipos de vegetação na região. Dessa forma, o IBGE (2004) indica a região como um contato entre três biomas, sendo Caatinga ao norte, Cerrado ao sul e oeste, e Mata Atlântica a leste. Tal contexto é definido por Ab Sáber (2003) como zona de transição ; onde ocorre adensamento e expansão de uma formação vegetal bem diferenciada, além de formações típicas dos domínios vizinhos. Em razão dos fatores abióticos supracitados, a vegetação, predominantemente arbórea e decidual, possui seus padrões florísticos ditados pelas diferentes classes de solos às quais estão submetidas (Arruda et al. no prelo). De acordo com Murphy e Lugo (1986), o clima preferencial para essas florestas decíduas compreende o das regiões transicionais entre semidesertos ou savanas e florestas úmidas. Embora essa região seja interpretada por diversos autores como pertencente ao domínio da caatinga, a floresta decídua, ou floresta estacional decidual (sensu Veloso et al. 1991), é considerada uma fitofisionomia associada às demais pertencentes ao bioma Mata Atlântica (Lei Federal /2006; Oliveira-Filho et al. 2006). Parte de sua grande variação florística (alta diversidade beta Pennington et al. 2009) é resultante da associação com a flora dos biomas adjacentes, o que 7

16 proporciona uma florística peculiar em escala regional (Pedralli 1997, Arruda et al. no prelo). Associadas às florestas secas, outras diversas fitofisionomias estão presentes na região, como floresta semidecídua, cerrado sensu stricto, campo rupestre, cerrado rupestre, caatinga rupestre entre outras (Brandão 1994). No entanto, existem grandes lacunas quanto à descrição e sua relação com os solos e paisagens em que se associam são pouco exploradas. Dessa forma, este estudo busca caracterizar os solos dos diferentes segmentos das paisagens que compõem a porção meridional do semiárido brasileiro, descrever sua relação com as fitofisionomias associadas e testar a seguinte hipótese: solos de um mesmo segmento da paisagem, submetidos a mesma condição climática e fitofisionômica, se assemelham mesmo em localidades distintas Métodos Local de estudo O estudo foi desenvolvido em quatro localidades; duas no norte do Estado de Minas Gerais (MG) e duas no centro-sul da Bahia (BA), Brasil (Figura 1). As localidades foram escolhidas com base na presença de remanescentes bem conservados de vegetação em diferentes geologias e na relevância para representação da paisagem da região. As localidades selecionadas foram: (1) Januária-MG, no setor oeste do Complexo Decidual, representada por uma transeção entre a Formação do Urucuia e as planícies aluviais do rio São Francisco; (2) Porteirinha-MG, borda oeste do Espinhaço, com transeção entre o Complexo Santa Isabel, unidade do embasamento cristalino que limita com os primeiros patamares do Supergrupo Espinhaço e a depressão pediplanar do Complexo Guanambi; (3) Guanambi-BA, borda oeste do Espinhaço, embora numa porção mais setentrional, inicia-se sobre os planaltos cristalinos e termina em uma geologia semelhante à região de Porteirinha; (4) Ibiassucê-BA, depressão em meio aos planaltos cristalinos do Espinhaço, ladeada pelos Granitóides São Timóteo na vertente oeste e Complexo Brumado na vertente leste (Radambrasil 1982). 8

17 Figura 1. A) Mapa dos biomas brasileiros com destaque para distribuição das florestas secas em vermelho (adaptado de Espírito-Santo et al. 2009). B) Localidades amostradas nos Estados de Minas Gerais e Bahia (mapa de biomas adaptado de IBGE 2004, onde o bioma Cerrado é destacado em vermelho, Caatinga em amarelo e Mata Atlântica em azul) Amostragem Em cada localidade a paisagem foi estratificada em segmentos representativos (topo, encosta e baixada) para avaliar seus solos e a fitofisionomia associada. Para isso, foi aberto um perfil em cada segmento, retiradas amostras de cada horizonte e classificado o solo segundo o Sistema Brasileiro de Classificação de Solos (EMBRAPA 2006). As amostras foram secas ao ar, peneiradas em malha 2 mm e encaminhadas ao laboratório para análises químicas e físicas Análises Para observar o gradiente formado entre os diferentes segmentos das topossequências avaliadas, foram efetuadas duas análises de componentes principais (PCA) e verificada a significância de seus eixos após 500 randomizações (McCune & Mefford 2006). Uma análise foi efetuada com os dados físico-químicos dos horizontes A (superfície), horizonte geralmente de maior disponibilidade de nutrientes para vegetação, e outra com os dados dos horizontes B (subsuperfície), horizonte diagnóstico para distinção das classes de solos e que expressa maior relação com a pedogênese. Para minimizar o efeito das diferentes escalas das variáveis, estas foram padronizadas através de seus respectivos desvios-padrão (Webster & Oliver 1990). As variáveis de menor influência (correlação inferior a 0,8 9

18 entre os eixos analisados na PCA) ou que possuem natureza dependente foram descartadas para minimizar ruídos nas análises (Webster & Oliver 1990) Resultados Ambas as análises de PCA possibilitaram a mesma interpretação (Figura 2), com elevado autovalor para o primeiro eixo e baixo para o segundo (Tabela 1). O elevado valor-p do segundo eixo indica grande probabilidade de seu autovalor ter sido formado ao acaso, tornando-o inapto para interpretação. Tal fato favorece a observação de um gradiente unidirecional, apenas com o primeiro eixo, controlado pelas variáveis: teor de fósforo (P), saturação por alumínio (m), capacidade de troca catiônica efetiva (t), ph em água (ph) e saturação por bases (V). Figura 2. Diagrama da Análise de Componentes Principais (PCA) para superfície (A) e para subsuperfície (B) dos perfis amostrados em diferentes municípios da porção sul do semi-árido brasileiro (Januária Jan; Porteirinha Por; Guanambi Gua e Ibiassucê - Ibi) e suas posições na paisagem (top, slope e low). Tabela 1. Resumo da Análise de Componentes Principais (PCA) para os dados de superfície e subsuperfície e a correlação das variáveis utilizadas com os dois primeiros eixos. Superfície Subsuperfície Eixos Autovalor % da variância Valor-P < < ph P t V M ISNa Sand

19 O gradiente indicado pelas propriedades físico-químicas do horizonte superficial foi controlado principalmente pela saturação por bases (Figura 2), com maior coeficiente de correlação com o primeiro eixo, o que demonstra um gradiente de fertilidade (Figura 3). Apresenta uma extremidade distrófica formada pelos planaltos, na porção superior de algumas topossequências, os quais correlacionaram positivamente com alumínio e negativamente com V, ph, t e P. Esses segmentos apresentaram-se associados à vegetação de cerrado. No outro extremo do gradiente, já eutrófico, as encostas florestadas correlacionaram negativamente com a saturação por alumínio e positivamente com as demais variáveis. As florestas decíduas apresentaram-se como a fitofisionomia associada a essa extremidade. O centro do gradiente compreendeu vales associados à floresta decídua e à caatinga hipoxerófila de Ibiassucê. A baixa correlação desses ambientes esta relacionada aos valores intermediários de nutrientes, o que os situa num limiar entre distrófico e eutrófico (mesotrófico). Figura 3. Saturação por bases na superfície em função do gradiente formado pelos ambientes no primeiro eixo da PCA. O gradiente indicado pela análise do horizonte subsuperficial se assemelhou ao de superfície. Embora a diferença entre os horizontes A e B seja nítida, a variação entre estes foi similar em todos os ambientes amostrados, possibilitando uma distribuição semelhante entre as análises de superfície e subsuperfície. Os segmentos indicados em cada toposseguência são detalhados abaixo, seguindo a ordem da transeção: 11

20 Januária: A toposseguência entre a Formação Urucuia e as planícies aluviais do rio São Francisco foi representada por quatro ambientes (Tabela 2). Os dois ambientes mais elevados da transeção estão associados aos planaltos areníticos da Formação Urucuia, sendo o primeiro, a 592 m de altitude, caracterizado por Latossolo Vermelho-Amarelo distrófico típico (Jan-top1), cuja fitocenose é um cerrado s.s.. O segundo, a 535 m, caracteriza-se como o limite leste dos arenitos Cretáceo do Urucuia, onde ocorre Neossolo Quartzarênico órtico latossólico (Jantop2), solo ligeiramente mais arenoso e com teor de nutrientes mais elevados que o primeiro, associado à fitocenose de cerradão. A transição entre a Formação Urucuia e o Supergrupo São Francisco marca o terceiro ambiente, representado por Cambissolo Háplico Ta eutrófico léptico (Jan-slope) a 587 m, característico das encostas calcárias do Grupo Bambuí (Formação Sete Lagoas), onde predominam florestas secas. As encostas separam os arenitos dos planaltos e a depressão do rio São Francisco. A depressão compõe o quarto ambiente, representado por Argissolo Vermelho eutrófico latossólico (Jan-low) associado às florestas secas do terraço superior, a 478 m de altitude. 12

21 Tabela 2. Características químicas e físicas dos ambientes analisados em Januária-MG. Horizontes ph P K Na Ca Mg Al H_Al SB t T V m MO P_r Areia Silte Argila Textura água mg/dm³ cmol c/dm³ % dag/kg mg/l % Latossolo Vermelho-Amarelo distrófico típico - Cerrado s.s. (15 29'43" s e 44 40'25" w) A Areia-Franca A Franco-Arenosa BW Franco-Arenosa BW Franco-Arenosa Neossolo Quartzarênico órtico latossólico Cerradão (15 32'00" s e 44 36'53" w) A Areia A Areia C Areia-Franca C Areia-Franca Cambissolo Háplico Ta eutrófico léptico - Floresta decídua de encosta calcária (15 32'00" s e 44 28'45" w) A Franco-Argilo-Arenosa AB Franco-Argilo-Arenosa Bi Franco-Argilo-Arenosa Bi Franco-Argilo-Arenosa Argissolo Vermelho eutrófico latossólico - Floresta decídua de terraço (15 15'57" s e 44 12'03" w) A Franco-Arenosa BA Franco-Argilo-Arenosa BW Franco-Argilo-Arenosa BW Franco-Argilo-Arenosa Tabela 3. Características químicas e físicas dos ambientes analisados em Porteirinha-MG. Horizontes ph P K Na Ca Mg Al H_Al SB t T V m MO P_R Areia Silte Argila Textura água mg/dm³ cmol c/dm³ % dag/kg mg/l % Neossolo Litólico eutrófico típico - Floresta decídua de encosta (15 30'36" s e 42 54'18" w) A Argila C Argila-Siltosa Cambissolo Háplico Tb eutrófico típico - Floresta decídua de encosta (15 30'34" s e 42 54'07" w) A Argila-Siltosa Bi Argila-Siltosa C Argila-Siltosa Cambissolo Háplico Tb eutrófico latossólico - Floresta decídua de baixada (15 27'38" s e 42 52'56" w) BA Franco-Argilo-Siltosa Bw Argilo-Siltosa 13

22 Os ambientes associados à Formação Urucuia diferenciaram claramente dos demais por serem distróficos, mais ácidos, com baixos valores de soma e saturação por bases e CTC muito baixa. Em ambos, além da baixa capacidade de troca catiônica existente, os teores de alumínio trocável são altos, fato que ocorre apenas nesses dois ambientes. A diferença entre os dois ambientes consiste na maior acidez (ph médio de 5), menor teor de bases (0,5 cmol c /dm 3 ) e maior saturação por alumínio no primeiro. Além desses, a CTC efetiva no cerradão, tanto em superfície quanto em subsuperfície mostra-se mais elevada superior, em relação ao cerrado s.s.. O cerrado s.s. do primeiro ambiente apresentou baixa densidade, com dossel aproximado de 3,5 m. As espécies mais freqüentes foram Qualea spp., Leptolobium dasycarpum Vogel, Caryocar brasiliense Cambess. e Copaifera langsdorffii Desf. Já o cerradão do segundo ambiente apresentou-se mais denso e um dossel mais alto, com média de 5,5 m, destacando-se do demais cerrados amostrados. As espécies mais comuns dessa fitocenose foram Qualea sp., Eugenia dysenterica DC., Annona leptopetala (R.E.Fr.) H.Rainer, Pouteria ramiflora (Mart.) Radlk. e Astronium fraxinifolium Schott. Encontram-se também indivíduos de Cereus jamacaru DC. e Melocactus sp., indicando que o contato entre os solos da encosta calcária propiciou certa sobreposição florística. O terceiro ambiente, caracterizado por carstes exumados e pelo material colúvio-eluvionar das encostas calcárias, se destacou entre todos os outros. Apresentou os maiores valores de fósforo (média de 10,8 mg/dm 3 ), cálcio (7,5 cmol c /dm 3 ), saturação por bases (82%), maior capacidade de troca catiônica (10,4 cmol c /dm 3 ) e matéria orgânica (2,3 dag/kg). Em relação aos demais ambientes, esse também apresentou a menor proporção de areia e maior de argila, sendo todos seus horizontes classificados como franco-argilo-arenosos, com pequena variação em subsuperfície. A vegetação possui um dossel aproximado de 11 metros. Há predominância de Handroanthus ochraceus (Cham.)Mattos, Myracrodruon urundeuva Allemão, Dilodendron bipinnatum Radlk. e Goniorrhachis marginata Taub. No entanto, devido à presença de espécies de elevado valor madeireiro, como Aspidosperma pyrifolium Mart., M. urundeuva e Handroanthus spp., é comum observar cortes seletivos nessas florestas. No topo dos afloramentos rochosos onde não há formação de solo, são freqüentes, em meio às fendas e lapiás, indivíduos de Encholirium sp., Allamanda sp., Manihot sp. e Opuntia sp.. 14

23 O quarto ambiente, sobre as planícies fluviais do rio São Francisco, os solos possuem elevados valores de soma e saturação por bases e capacidade de troca catiônica, no entanto, com valores bem inferiores ao ambiente anterior (e.g. capacidade de troca catiônica de 4,1 cmol c /dm 3, menor que a metade do terceiro ambiente). Embora exista grande diferença entre as variáveis do terceiro e quarto ambiente, todos os solos são eutróficos, com ph neutro e predomínio de textura franco-argilo-arenosa. Nas partes de relevo plano, observam-se a presença de murundus, montículos de terra de origem biogênica de aproximadamente 1,5 m de altura e 2,5 m de diâmetro na base. A fitofisionomia é a mesma do terceiro ambiente, no entanto, apresenta floresta mais exuberante de maior densidade, dossel e indivíduos mais frondosos. Nesta, indivíduos de G. marginata, M. urundeuva e Schinopsis brasiliensis Engl. se destacam com até 20 m de altura. Estão entre as espécies mais freqüentes S. brasiliensis, H. ochraceus, A. pyrifolium e Anadenanthera colubrina (Vell.) Brenan. Esse ambiente é geralmente utilizado para atividades agropastoris e sistemas de irrigação, favorecido pela fertilidade do solo, acesso a água e relevo plano. Por isso, poucos fragmentos florestais ainda restam nos terraços do rio São Francisco. Porteirinha: A topossequência da transeção entre o Complexo Santa Isabel e o Complexo Guanambi acompanha o gradiente de saturação por bases, a qual é representada por três ambientes (Tabela 3), todos associados a floresta decídua. O ambiente do topo da paisagem, representado na serra do Complexo Santa Isabel na borda oeste do Espinhaço, a 656 m de altitude, é dominado por Neossolo Litólico eutrófico típico (Por-top). Na encosta, do terço superior ao inferior, domina o Cambissolo Háplico Tb eutrófico típico (Por-slope), o qual representa o segundo ambiente a 615 m de altitude. O terceiro ambiente encontra-se na depressão pediplanada do Complexo Guanambi. Esse compõe o fim da topossequência a 580 m, dominado por Cambissolo Háplico Tb eutrófico latossólico (Por-low). Embora não associados ao calcários do Grupo Bambuí, os solos dessa transeção apresentam forte influência carbonática e eutróficos. No entanto, entre todas as localidades analisadas, esses solos foram os menos arenosos, com teor de argila sempre ssuperior à 40 %. O topo da transeção apresentou os maiores valores médios de cálcio (8,4 cmol c /dm 3 ) e magnésio (3,3 cmol c /dm 3 ), soma e saturação de bases (86%) e capacidade de troca catiônica (12 cmol c /dm 3 ), indicando solos com boa capacidade 15

24 de fornecer nutrientes. Além disso, esse ambiente apresenta o maior teor de matéria orgânica (9,6 dag/kg no horizonte A). O teor de nutrientes é superior no horizonte A, no entanto, o horizonte C é mais fértil que os mesmos horizontes sedimentares dessa depressão ou a da depressão de Januária. A floresta decídua associada a esse ambiente apresenta notáveis indivíduos de Pseudobombax marginatum (A.St.-Hil.) A.Robyns. e Cavanillesia umbellata Ruiz & Pav., tanto pela altura quanto pela área basal que apresentam. Esta espécie possui elementos com diâmetro superior a 1,5 m. As espécies mais freqüentes são Galipea ciliata Taub., Handroanthus spongiosus (Rizzini) S.Grose, Handroanthus heptaphyllus Mattos. Croton argyrophylloides Müll.Arg. forma adensados em diversos locais do fragmento. O ambiente de encosta também apresenta elevados teores de soma e saturação por bases (79%), capacidade de troca catiônica (8,2 cmol c /dm 3 ), matéria orgânica (5,1 dag/kg no horizonte A) e cálcio (6,3 cmol c /dm 3 ), embora inferiores em relação ao ambiente de topo. O horizonte A apresenta os maiores valores, e com pouca diferença entre o horizonte B e C. Tanto a encosta como o topo mostraram-se bons acumuladores de matéria orgânica, superior aos demais ambientes das diferentes localidades. Esses ambientes também apresentaram Na + nas análises, embora em baixa concentração. A vegetação possui dossel aproximado de 12 m de altura. As espécies se assemelham às do topo. São freqüentes indivíduos de Cordia incognita Gottschling & J.S.Mill., Commiphora leptophloeus (Mart.) J.B.Gillet, H. heptaphyllus, H. spongiosus, e Sapium glandulosum (L.) Morong. Tal como as encostas calcárias de Januária, essa fitocenose também sofre com cortes seletivos de espécies madeireiras, além de ser freqüentemente convertida em pastagens ou culturas anuais por pequenos agricultores. O terceiro ambiente, porção mais baixa da topossequência, demonstra estreita relação entre os ambientes anteriores, com elevados teores de cálcio (3 cmol c /dm 3 ), soma e saturação por bases (76%) e capacidade de troca catiônica (4,1 cmol c /dm 3 ), mas com valores geralmente inferiores. Isso indica que essa depressão é composta por sedimentos ou colúvios de rocha rica das partes mais elevadas, mas com maior grau de intemperismo e de lixiviação. Por seu relevo plano e boa fertilidade, são ambientes preferenciais para cultivo de algodão, comum na região. Por esse motivo, grande parte de seus solos encontram-se fortemente erodidos (decapitados), sem o horizonte A original. A floresta decídua desse ambiente se assemelha ao terraço em 16

25 Januária. Possui dossel semelhante à encosta, com emergentes de M. urundeuva e Acacia riparia Kunth. As espécies mais freqüentes são: C. incognita, G. ciliata, S. glandulosum, Handroanthus spp. e M. urundeuva. Notáveis indivíduos de S. tuberosa e C. jamacaru também são presentes nessa fitocenose. Guanambi: A transeção entre os Planaltos do Espinhaço e as depressões do Complexo Guanambi foi dividida em quatro ambientes sobre diferentes litologias (Tabela 4). O primeiro ambiente encontra-se nos Planaltos do Espinhaço, ponto superior da transeção com 975 m de altitude, onde predomina Neossolo Quartzarênico órtico latossólico (Gua-top). Este solo é proveniente das coberturas detríticas terciárias, em relevo suave ondulado, os quais são interrompidos por esparsas elevações quartzíticas superiores a 1000 m de altitude. A fitofisionomia desse ambiente corresponde a um cerrado s.s.. O segundo ambiente representa à encosta oeste do Espinhaço a 650 m de altitude, já sobre o Complexo Santa Isabel, transitando para as depressões do Complexo Guanambi. Predomina na encosta Cambissolo Háplico Ta eutrófico típico (Gua-slope1), de textura média, superfície pedregosa e íngreme. A fitofisionomia correspondente é floresta decídua. O terceiro ambiente representa as depressões do Complexo Guanambi, ponto mais baixo da topossequência, com 522 m, onde predomina Argissolo Amarelo distrófico típico (Gua-low). Nesse ambiente, há presença generalizada de murundus de aproximadamente 1,2 m de altura, em relevo plano que é interrompido por depressões fechadas e inselbegs residuais. A fitocenose aqui apresentada é floresta decídua. Em geral, nas partes mais elevadas dos inselbergs ocorrem afloramento rochoso ou Neossolos Litólicos e nod terços mais baixos, Cambissolos. O quarto ambiente, encosta de um inselberg, é representado por Cambissolo Háplico Ta eutrófico léptico (Gua-slope2) a 634 m de altitude, com relevo íngreme e presença de grandes blocos de rocha na superfície. A fitofisionomia associada é floresta decídua. 17

26 Tabela 4. Características químicas e físicas dos ambientes analisados em Guanambi-BA. Horizontes ph P K Na Ca Mg Al H_Al SB t T V m MO P_r Areia Silte Argila Textura água mg/dm³ cmol c/dm³ % dag/kg mg/l % Neossolo Quartzarênico órtico latossólico- Cerrado s.s. (14 07'25" s e 42 36'45" w) A Areia-Franca BA Areia BW Areia-Franca BW Areia-Franca Cambissolo Háplico Ta eutrófico típico - Floresta decídua de encosta (14 09'08" s e 42 41'37" w) A Franco-Arenosa Bi Franco-Argilo-Arenosa BC Franco-Argilo-Arenosa Argissolo Amarelo distrófico típico - Floresta decídua de baixada (14 09'58" s e 42 45'25" w) A Franco-Arenosa AB Franco-Arenosa BT Franco-Argilo-Arenosa BT Franco-Argilo-Arenosa Cambissolo Háplico Ta eutrófico léptico - Floresta decídua de inselberg (14 15'06" s e 42 48'23" w) A Franco-Argilo-Arenosa Bi Franco-Argilo-Arenosa Bi Franco-Argilo-Arenosa Tabela 5. Características químicas e físicas dos ambientes analisados em Ibiassucê-BA. Horizontes ph P K Na Ca Mg Al H_Al SB t T V m MO P_R Areia Silte Argila Textura água mg/dm³ cmol c/dm³ % dag/kg mg/l % Latossolo Vermelho Distrófico argissólico - Floresta decídua (14 07'39" s e 42 22'43" w) A Franco-Argilo-Arenosa Bt Argila Bw Argila Argissolo Amarelo Eutrófico típico - Caatinga de baixada (14 11'18" s e 42 16'27" w) A Franco-Argilo-Arenosa BA Argila Bt Argilo-Arenosa Cambissolo Háplico Tb Distrófico tipico - Caatinga de encosta (14 15'06" s e 42 48'23" w) A Franco-Argilo-Arenosa Bi Argilo-Arenosa 18

27 O primeiro ambiente compõe os solos mais arenosos, distróficos, ricos em alumínio e ácidos dentre todas as localidades estudadas. Apresenta elevados níveis de saturação por alumínio (78%) e baixo valor de ph (4,7), superando até mesmo os solos da Formação Urucuia na borda oeste. Sua CTC total é basicamente saturada por alumínio trocável (1,8 cmol c /dm 3 ), os quais são superiores à soma de bases (0,5 cmol c /dm 3 ). Embora apresente baixos níveis de nutrientes, esse ambiente abriga teor relativamente alto de matéria orgânica (2 dag/kg). O pouco nutriente existente em seus horizontes tende a diminuir com o aumento de profundidade, o que resulta níveis de saturação por alumínio superior a 90% nos horizontes mais profundos. O cerrado s.s. desse ambiente se assemelha ao de Januária, embora com indivíduos de diâmetros superiores. Apresenta dossel de 4 m, com indivíduos de Terminalia fagifolia Mart., Hymenaea stigonocarpa Mart. ex Hayne e Leptolobium dasycarpum Vogel superiores a 5,5 m. São freqüentes as espécies E. dysenterica, L. dasycarpum, Qualea grandiflora Mart., Machaerium opacum Vogel, Hymenaea stigonocarpa Mart. ex Hayne e Caryocar brasiliense Cambess. O segundo ambiente, marcado pela abrupta transição para a rocha ígnea do Complexo Santa Isabel, apresenta-se eutrófico, como os maiores valores de nutrientes entre todos os ambientes analisados nessa transeção. Além de elevados níveis de cálcio (5,6 cmol c /dm 3 ), saturação por bases (77,5%) e capacidade de troca catiônica (7,3 cmol c /dm 3 ), apresentou também elevado teor de Na + (7 cmol c /dm 3 ). Há pouca variação entre seus horizontes, salvo o horizonte BC, o qual apresentou teor de sódio superior a qualquer ambiente investigado (10,4 cmol c /dm 3 ). As características químicas desse ambiente se assemelham aos ambientes de topo e encosta de Porteirinha, os quais estão sobre mesma formação geológica. A floresta decídua dsse ambiente possui dossel superior às outras florestas dessa transeção, 10 m de altura. Possui indivíduos emergentes de H. ochraceus e M. urundeuva superiores a 13 m. As espécies mais freqüentes são H. ochracea, Spondias tuberosa Arruda, S. glandulosum, Cnidoscolus bahianus (Ule) Pax & K.Hoffm. Além dessas, indivíduos de C. umbellata e Syagrus oleracea (Mart.) Becc. também se destacam nas encostas dessa serra. O terceiro ambiente mostrou-se distrófico, com valores de ph (5,8), soma e saturação de bases (40,6 cmol c /dm 3 ) e capacidade de troca catiônica (2,5 cmol c /dm 3 ) mais baixos que os outros ambientes florestados da transeção, mostrando-se inferior também à depressão avaliada em Porteirinha, embora na mesma formação 19